安全壳闸门用O形密封圈非线性有限元分析

安全壳人员闸门和设备闸门是保证安全壳压力边界密封性和完整性的重要组成部分。闸门密封性直接关系到人员的安全性。闸门通过O形密封圈实现密封功能,本文采用ANSYS Workbench17.0建立O形密封圈二维轴对称模型,通过两个荷载步模拟密封圈预压缩和受介质压力两种状态,研究不同密封沟槽尺寸、不同初始压缩率以及不同O形圈硬度下O形密封圈的变形、应力和最大接触应力的变化,为闸门密封设计提供依据和参考。     

碟簧对射流式冲击器密封影响研究

以SC-86H高压高能射流式冲击器为研究对象,通过密封试验及ANSYS-LSDYNA有限元分析手段,研究了碟簧对用于端面密封的密封圈密封性能的影响。结果表明:在高压流体环境下,碰撞后碟簧变形会引起密封盖与射流元件密封配合面出现分离间隙,而较大的间隙张开量是导致密封圈失效的关键。间隙张开量与碟簧叠合数量负相关,当碟簧叠合数量为三片以下时,最大间隙张开量大于0.187 mm,密封圈损毁失效;当碟簧叠合数量为四片时,最大间隙张开量为0.086 mm,密封圈存在较高的失效风险;当碟簧叠合数量达到五片以上时,最大间隙张开量小于0.049 mm,可保证密封圈密封长期有效。此外,随着碟簧数量增加,碟簧中最大应力下降,三片碟簧叠合可满足碟簧的应力强度最低要求,考虑到疲劳及密封,碟簧数量应选择五片以上。     

超高压平板闸阀的双阀座密封分析

该文分析了超高压平板闸阀中双阀座的密封原理以及密封圈预紧力对密封效果的影响。利用有限元分析软件建立了双阀座密封结构的二维轴对称模型,对阀座的非金属密封进行了性能分析。分析了"O"形密封圈在不同的压缩率的情况下的Mises应力、密封面最大接触应力以及密封面接触面积。综合考虑了影响密封效果和密封圈寿命的因素后选取了线径3.75mm的密封圈。     

浅议O形密封圈的安装、失效原因分析及处理措施

密封是保证液压系统正常工作最基本也是最重的装置。目前常用的密封件以其断面形状命名,有0形、Y形、Yx形、V形以及组合式密封等。文章主对O形密封圈的安装、失效原因分析及处理措施进行了探讨。首先分析了ON密封圈的工作机理,然后阐述了液压系统对密封圈材料的求,接着对引起0形密封圈失效的原因进行了分析,最后介绍了O形密封圈的常见失效形式及解决措施。     

抗事故包装箱密封结构性能研究

目的为抗事故包装箱密封结构设计提供依据。方法介绍2种抗事故包装箱密封结构的设计,分析经历事故场景后2种密封结构的密封面变形和O形密封圈压缩率变化情况,开展密封性能试验。结果端面密封结构经历事故场景后,O形密封圈压缩率不小于15%时,密封结构检测漏率为环境本底漏率,压缩率降至10%时,漏率明显增加,但仍能达到1μPa·m3/s量级,压缩率降至5%时,密封结构彻底失效。柱面密封结构的联接螺栓即使经历事故场景后全部失效,密封结构的密封性能也基本保持不变,检测漏率为环境本底漏率。结论柱面密封结构抵御事故风险的能力更强。     

基于ABAQUS的胶筒密封性能分析

桥塞胶筒是桥塞密封的核心,其设计的合理性和有效性都直接影响到井下作业的可行性。本文利用ABAQUS建立胶筒的有限元模型,模拟胶筒在井下坐封的非线性接触行为,分析了坐封载荷、摩擦因素、端面斜角和胶筒长度四个方面对胶筒密封性能的影响。结果表明胶筒和套管内壁间的接触压力随着坐封载荷的增加能够使不断增加。当胶筒充分膨胀,稳定坐封情况下,压缩距基本稳定在21mm左右,接触压力在12MPa左右;相同坐封载荷的情况下,选取摩擦系数0.4,端面斜角大于等于45°有助于提高胶筒的密封性能。     

5A03铝合金管轴向压缩失稳形式及影响因素分析

目的研究管材在承受轴向压缩时的力学行为、失稳形式及其影响因素。方法在航空航天用5A03铝合金管准静态轴向拉伸和压缩实验的基础上,进行了管压缩过程的有限元分析。结果5A03圆管拉伸与压缩力学性能有较大差异,具有拉、压双模量倾向,拉伸屈服强度略低于压缩屈服强度,抗拉强度略低于抗压强度,且拉伸与压缩均呈现锯齿波屈服特性;高径比影响管压缩失稳形式,小于1时管试样形成单鼓,大于1时将出现双鼓,且鼓凸在管材端面摩擦较大一端优先出现。结论管材失稳鼓凸后表现为一种具有一定规律性的非轴对称屈曲压溃。     

环件冷轧过程弹塑性动力显式算法有限元模拟

基于弹塑性变形理论，通过虚功率原理建立环件冷轧过程有限元方程，并采用对时间的中心差分格式进行求解。在进行弹塑性应力分析时，本文引入径向回映算法，并分别给出了弹塑性加载和弹性回复时的应力计算列式。开发了环件冷轧有限元模拟软件NHRing，并对矩形截面环件开式冷轧过程进行了分析计算。计算结果表明，随着轧制的进行，环件中的应变分布趋于均匀，而环件截面中心部位由于锻不透将导致端面产生“鱼尾”现象，这与实际环轧生产基本一致。     

汽车弹簧缸的密封性仿真与测试研究

由于汽车弹簧缸长期制动造成的气密性衰减,很难动态分析不同摩擦系数的密封圈对腔压泄露的影响。因此,该文利用双参数Mooney-Rivlin分析法,建立汽车弹簧缸的腔体密封性失效模型。该模型能根据密封圈的摩擦系数,动态计算出弹簧缸的气体泄漏量,通过腔压和泄漏量的比较,判断出密封圈是否失效。利用汽车弹簧缸气密性检测仪对某型弹簧缸进行测试,实验结果表明,当摩擦系数≤0.1时,密封圈应力分布最佳,腔体泄漏量5 k Pa;当摩擦系数0.1时,密封圈应力集中而产生气密性失效,腔体泄漏量超过5 k Pa。失效模型的仿真结果与试验结果相同,该失效模型正确有效。     

2219铝合金薄壁曲面件拉形过程变形均匀性EI北大核心CSCD

为改善2219铝合金薄壁拉形曲面件的变形均匀性,建立基于Hill 1990各向异性屈服准则的有限元模型,利用ABAQUS软件对曲面件的应变分布规律进行数值模拟,分析加载路径和板坯形状对拉形变形均匀性的影响规律。结果表明:加载路径和板坯形状对曲面件的变形均匀性有较大影响。采用折线路径,开始加载时使板材发生压缩失稳从而形成一定拱形,不仅可缓解左侧钳口附近的破裂倾向,还可增加曲面件右侧变形量,从而提高其变形均匀性。此外,减小变形量不足位置对应的板坯宽度,如采用中间窄板坯或左侧宽板坯,使其在拉形时所受应力增加,从而提高其变形量,也可实现变形均匀性的改善。最终,利用矩形板坯,经两次转折的实验路径进行拉形,获得了表面质量良好的高性能2219铝合金薄壁曲面件。     

可溶球座密封环密封性能分析与结构优化

可溶球座压裂后无需钻除作业,可自行溶解而实现井眼全通径,已成为致密油气水平井分段体积压裂的关键工具。可溶球座密封环的密封性能决定着水平井压裂作业的成败,因此开展了密封环密封性能的仿真分析及其结构优化研究。分析了可溶球座密封环的工作原理,运用有限元仿真方法分析了其密封性能。结果表明,坐封完成后密封环所受最大应力达到182.26 MPa,存在局部破坏的风险。进行了密封环材料和结构的优化设计,分析了各结构参数对密封性能的影响。优化后可溶球座能在50 kN坐封力的作用下安全坐封,密封环与套管内壁和滑动体的最大接触应力均大于压裂液压力,且接触应力分布较为均匀,满足密封要求。密封环结构优化后,可溶球座的密封和安全性能得到了提高。研究结果可为可溶球座密封环结构的改进提供参考。     

汽车橡胶密封条挤出口模结构分析及其实验验证

首先通过分析橡胶材料流变实验数据,确定采用Bird-Carreau本构模型;然后应用Polyflow软件对某实际EPDM橡胶密封条产品挤出过程中挤出口模流道结构对挤出的影响进行了有限元分析。结果表明,口模流道某些部位(如窄缝区域)进行适当的加宽有利于使挤出速度及熔体压力分布更均匀,挤出产品形状和实际形状更接近。     

Cone bit bearing seal failure analysis based on the finite element analysis

Failure analysis of cone bit bearing seals is important in reducing production cost and preventing in-service component failure. However, a generally accepted criterion for their failure has not yet been established because of complexities in both their material properties and the environment. In this study, a two-dimensional axisymmetric finite element analysis (FEA) numerical model was established. FEA software was developed based on the Mooney–Rivlin constitutive model of the rubber material, and the penalty function contact algorithm. The distributions of stress, strain and contact pressure were analyzed to establish their effect on failure. The locations and causes of the failure and preventive measures were determined by comparison with an actual failure case. It was found that stress concentration and uneven pressure distribution occur at the seal. Rubber rings are highly and unequally compressed. Metal ring structure mainly determines sealing performance. To reduce the occurrence of failure, the structure must be improved by: designing an appropriate angle-tapered metal ring end face structure instead of a plane to change the trend in pressure distribution, increasing the contact area of the metal ring end face to reduce contact pressure and make the contact pressure distribution more uniform to reduce sealing surface wear, reducing the radial thickness to reduce the compression of the rubber ring, and improving back support structures to reduce the stress concentration. Results from the study can prevent and minimize risk for future failures to increase bit life and reduce drilling costs.     

高寒环境下GIS密封圈材料的选用及存在问题

为满足使用要求,分析了影响气体绝缘开关(GIS)设备密封圈耐寒性能的关键因素,选择出了适合在高寒环境下使用的GIS设备密封圈材料;并对GIS设备密封圈在高寒环境下的喷霜和漏气原因进行了分析。结果表明:在高寒环境下,GIS设备密封圈材料可选用改性后的三元乙丙橡胶。密封圈中的活性剂、填充剂在橡胶中的溶解度随着温度的下降而减小,在低于临界值后,橡胶表面出现喷霜现象。密封圈装配时,密封圈拉伸导致线径减小,且低温下密封圈压缩率降低,导致GIS设备出现漏气问题,可通过改变密封结构设计来解决密封圈漏气的问题。     

包装材料EPE热封工艺的实验研究与分析

目的研究EPE包装袋的热封质量与热封参数(电热丝直径、热封时间、热封压力)的关系,分析弹性包装材料热封过程的特性。方法通过观察显微封口形貌,比较不同参数下的热封强度,研究热封参数对珍珠棉热封强度的影响,并分析其原因。结果在热封1.0 mm珍珠棉过程中使用直径为0.8 mm电热丝,热封压力为0.2 MPa,热封时间为2 s时,热封质量最好、效率较高。结论弹性材料的可压缩性导致封切压力对热封强度的影响随电热丝直径的增加而明显增加,弹性材料的回弹特性使电热丝直径以及热封时间对其热封缺陷产生更加显著的直接影响。     

Contact stress analysis on the X‐shape ring

A X‐ring is a loop of elastomer with X‐shaped cross‐section used as a mechanical seal or gasket. Such a X‐ring is designed to be seated in a groove and is compressed during assembly between two or more parts, creating a seal at the interface. The seal is designed to have line contact between the X‐ring and sealing faces. This allows a high local stress, able to contain high pressure, without exceeding the yield stress of the X‐ring shell body. This study aims to detect the contact stress and the deformed shape of a X–shaped ring shell under various compression conditions. For this analysis, four experiments were conducted to obtain material properties of the elastomer. The contact stress analysis is performed by applying material properties that we obtained through experiments. A contact stress analysis is carried out by finite element analysis.     

莱洛三角形微孔织构化端面密封性能数值模拟

基于微孔型表面织构在改善机械端面密封性能方面的优势,提出了一种新型的莱洛三角形微孔表面织构,并利用数值模拟方法考察了莱洛三角形微孔织构化端面的密封性能。首先,在动环表面上分别设置圆形、三角形、莱洛三角形三种微孔表面织构。然后,利用GAMBIT软件进行3种微孔织构化密封端面模型网格划分,利用Fluent软件分析密封端面的流场特性并获得其流场压力分布。最后,总结出3种微孔织构化密封端面的开启力、泄漏率和开漏比随织构面积率、孔深、密封间隙、操作压力及转速的变化规律。结果表明：3种微孔织构化密封端面的开启力和泄漏率随着密封参数的变化具有相同的变化规律;当S_p＝10%,h_d＝3～4 μm,h_p<3 μm,p_i<0.3 MPa时,3种微孔织构化密封端面均呈现出较好的密封性能;相比于圆形、三角形微孔织构化密封端面,莱洛三角形微孔织构化密封端面具有较大的开启力和较小的泄漏率,同时具有较大的开漏比。研究成果可为微孔织构化机械端面的密封参数优化设计提供参考。     

基于组合优化策略的热封机构设计

目的通过组合优化策略对热封机构进行结构优化设计。方法建立热封机构有限元参数化模型和多目标优化模型,通过动力学有限元分析获得热封机构结构强度薄弱环节,并采用最优拉丁超立方实验设计对影响热封机构结构强度的主要参数进行研究,分析参数与应力位移之间的响应规律,构造基模型对热封机构进行基于组合优化策略的结构优化设计,取多岛遗传算法和序列二次规划法组合的优化策略逼近最优解。结果组合优化过程中的校正决定系数接近1,模型的结构应力最大值和位移最大值均降至许用范围内。结论对热封机构优化设计采用组合优化策略可行,结果可信度高,效果明显。     

Finite Element Analysis of Sealing Performance of Rubber D-Ring Seal in High-Pressure Hydrogen Storage Vessel

Sealing structures of high-pressure hydrogen storage vessel are always considered as one of the significant components. This paper aims to study the sealing performance of the combined sealing structure composed of a rubber D-ring and a wedge-ring used in high-pressure hydrogen storage vessel by elucidating the swelling mechanisms due to dissolved hydrogen. Comparisons of the sealing performance between the D-ring and the O-ring are made in terms of the effects of some important factors including the wedge-ring, hydrogen pressure and swelling. Three aspects of conclusions are obtained by FEA: (1) The wedge-ring with a wedge angle 45° is the most suitable, compared with the angles 30° and 60°, irrespective of the shape of rubber rings. (2) The peak contact stress for the D-ring seal is larger than that for the O-ring seal under hydrogen pressure range 0–100 MPa. (3) The O-ring seal could be replaced well by the D-ring seal, whereas the design height of the seal groove should be larger for the D-ring seal than for the O-ring seal due to swelling effect, in order to prevent the D-ring seal from extrusion through the upper side of the seal groove.     

AL5252铝合金阳极氧化及封孔处理后的性能

AL5252铝合金在使用中易遭受腐蚀。先对AL5252铝合金阳极氧化再作封孔处理,对比分析了其封孔前后的表面与截面形貌、膜基结合强度和表面粗糙度等。结果表明:AL5252铝合金阳极氧化后表面形成了形状、大小不规则的多孔型氧化膜,封孔后膜表面呈蜂窝状,生成勃姆石和镍的氢氧化物沉淀并封闭了氧化膜的多孔层,使之具有较好抗腐蚀能力;阳极氧化膜与基体结合强度较高,但封孔后膜基结合强度略微降低,膜表面粗糙度增高。